Контрольная работа по "Материаловедению"

Уральский Государственный Экономический  Университет

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине

 «Материаловедение.  Технология конструкционных материалов»

Вариант №5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       Выполнил: студент 1 курса

Лоскутова Т.А.

группа  УК – 12П

специальность «Управление качеством»

Проверил  преподаватель:

Доманская И.К.

_________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Г. Пермь

2012 г.

Содержание

 

Вопрос №1. В чем состоит отличие органических и неорганических материалов?.......................................................................................................стр.3

 

Вопрос  №2. Опишите процессы кристаллизации металлов при охлаждении расплавов. ....................................................................................стр.4

 

Вопрос№3. Что такое само- и гетеродиффузия? Опишите диффузионные процессы на примере металлов.............................................стр.5

 

Вопрос  №4. Марка стали 38ХН3МФА................................................стр. 6

 

Вопрос №5. Состав, основные свойства и применение штамповочных сталей .........................................................................................................стр.6

 

Список используемой литературы........................................................стр.8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 5

1. В чем  состоит отличие органических  и неорганических материалов?

2. Опишите  процессы кристаллизации металлов  при охлаждении расплавов. 

3. Что  такое само- и гетеродиффузия? Опишите диффузионные процессы на примере металлов

4. Марка  стали 38ХН3МФА

5. Состав, основные свойства и применение  штамповочных сталей

 

Вопрос №1.

В чем состоит отличие органических и неорганических материалов?

Органические  вещества — класс химических соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода, углеродосодержащих газов и цианидов). Название «органические  соединения» появилось на ранней стадии развития химии и говорит  само за себя: ученые той эпохи считали, что живые существа состоят из особых органических соединений в отличие  от объектов неживой природы, якобы  состоящих из других — неорганических — соединений.

 

Неорганические  вещества — это химические вещества, которые не являются органическими, то есть они не содержат углерода (кроме  карбидов, цианидов, карбонатов, оксидов  углерода и некоторых других соединений, которые традиционно относят  к неорганическим).

 

1. Многообразием  органических соединений, обусловленным  тем, что углерод в отличие  от других элементов способен  соединяться друг с другом, давая  длинные цепочки (изомеры). В настоящее  время известно около 6 млн.  органических соединений, в то  время как неорганических - только  около 700 тысяч.

2. Сложностью  молекул органических веществ,  содержащих до 10 тысяч атомов (например, природные биополимеры - белки,  углеводы).

3. Специфичностью  свойств органических соединений  по сравнению с неорганическими  (неустойчивостью при сравнительно  невысоких температурах, низкой  – до 300°С – температурой плавления, горючестью).

4. Медленно  идущими реакциями между органическими  веществами по сравнению с  реакциями, характерными для неорганических  веществ, образованием побочных  продуктов, спецификой выделения  получающихся веществ и технологическим  оборудованием.

5. Огромным  практическим значением органических  соединений. Они - наша пища и  одежда, топливо, разнообразные лекарственные  препараты, многочисленные полимерные  материалы и т.д.

 

Вопрос №2.

Опишите процессы кристаллизации металлов при охлаждении расплавов.

Кристаллизацией называется переход из жидкого в твердое состояние с образованием кристаллических решеток или кристаллов. В реальных металлических телах кристаллизация расплавов заканчивается образованием структуры сложно переплетенных кристаллов - дендритов. Их морфология определяет свойства материалов. При образовании кристаллов их развитие идет в основном в направлении, перпендикулярном плоскостям с максимальной плотностью упаковки атомов. Это приводит к тому, что первоначально образуются длинные ветви, так называемые оси первого порядка. Одновременно с удлинением осей первого порядка на их ребрах зарождаются и растут перпендикулярные к ним такие же ветви второго порядка. в свою очередь на них растут оси третьего порядка и т.д. Образуются кристаллы древовидной - дендритной формы. Преимущественный рост кристалла происходит в направлении отвода тепла. Ветви дендритов разделены очень тонкими прослойками нерастворимых в жидком и особенно в твердом состоянии примесей и мельчайшими полостями и порами, возникшими в результате уменьшения объема при переходе металла из жидкого состояния в твердое. При tпл, определенной для каждого металла, твердый металл переходит в жидкий. Многие свойства при этом меняются незначительно. Например, плотность падает на 5-7% , электропроводность и теплопроводность возрастают. Характер внутренних сил не изменяется. Металлическая жидкость по своему строению близка к твердому телу. Кристаллическая решетка сохраняется до температуры плавления. После расплавления решетка разрушается, но сохраняется динамический ближний порядок. Затвердевание происходит при температуре tзатв, она меньше tпл. При температуре Тп величины свободных энергий жидкого и твердого состояния равны. Процесс кристаллизации протекает при температуре, меньшей Тп. Для начала затвердевания необходимо переохлаждение (разность энергий). Переохлаждение тем больше, чем больше скорость изменения температуры.

Остов кристалла происходит послойным присоединением атомов к зародышу. Обычно б1 больше б2 и -б1+б2 меньше нуля, т.е. с точки зрения энергетики процесса, кристаллизация на примесях более выгодна, чем спонтанная кристаллизация. В реальных процессах примеси являются основными центрами кристаллизации. При перегреве расплавленного металла одна часть примесей расплавляется, другая дезактивируется.

Согласно  общей теории кристаллизации, при  охлаждении расплавленного литейного  сплава происходит сначала зарождение центров кристаллизации в жидком расплаве, а затем рост кристаллов из этих центров. Центрами кристаллизации могут быть устойчивые группировки  атомов, тугоплавкие частицы примесей и др. Охлаждение отливки происходит неравномерно, в направлении - максимального  отвода тепла перпендикулярно поверхности  литейной формы. Залитый в форму  расплав отдает теплоту ее стенкам, поэтому кристаллизация расплава происходит от поверхности формы вглубь отливки  и заканчивается в прибыли  или областях, являющихся термическими центрами (тепловыми узлами отливки).

 

Вопрос№3.

Что такое само- и гетеродиффузия? Опишите диффузионные процессы на примере металлов.

Диффузия - это  физическое явление взаимного проникновения  молекул одного вещества между молекулами другого.

Самодиффузия  – диффузия в чистом веществе или  в растворе постоянного состава, когда диффундируют собственные  частицы вещества и его химический состав не меняется.

Гетеродиффузия  − это диффузия чужеродных атомов при наличии градиента их концентрации.

Процессы  диффузии в металлах играют значительную роль. Если два металла приводятся в тесное соприкосновение лучом  наплавления или спрессовывания порошка одного металла с другим и подвергаются действию достаточно высоких температур, то каждый из этих двух металлов диффундирует в другой. Если один из металлов жидкий, то он одновременно диффундирует в твердый и растворяет его.

 Если  мы исходим при этом из чистых  металлов, то в промежуточном  слое образуется целая гамма  фаз обоих металлов, обычно отдельно  от смеси пограничных фаз. Перепад  концентраций в отдельных слоях  очень различен; скорость диффузии, следовательно, сильно зависит  от структуры решетки. В случае  непрерывного ряда твердых растворов  скорость диффузии равным образом  зависит от состава основной  массы; так, диффузия меди в  никель с высокой точкой плавления  происходит намного медленнее,  чем диффузия никеля в медь. В один и тот же металл  другие металлы диффундируют, как  показали опыты Гевеза и Септса со свинцом, с тем большей скоростью, чем далее отстоят они в своих группах в периодической системе друг от друга (чем далее они по своей валентности). Применяя радиоактивный изотоп свинца, можно установить также, что однородные атомы особенно медленно обмениваются местами. Факт этой автодиффузии наглядно свидетельствует о движении металлических атомов при высоких температурах, на котором основаны также кристаллизация и рост кристаллов.

 Однако  скорость диффузии очень малых  атомов, например атомов водорода  или углерода, вероятно особенно  велика, так как они не занимают  мест металлических атомов (твердые  растворы замещения), а перемещаются  между ними (твердые растворы  внедрения). Это особенно ярко  проявляется в стареющих железных  сплавах. Сплавы железа с углеродом  и азотом после быстрого охлаждения  при комнатной температуре, так  как атомы углерода и называются  при этом достаточно подвижными, чтобы выпасть из твердого раствора внедрения. Твердые растворы замещения меди в а-железе и в особенности также различных металлов в у-железе упрочняются при старении только при температурах на несколько сот градусов выше.Поэтому металлы, которые при температурах отжига, могут диффундировать в другие металлы через газовую фазу.

 

Вопрос  №4.

Марка стали 38ХН3МФА

Высококачественная  сталь

Марка: 38ХН3МФА

Класс: Сталь  конструкционная легированная

Применение:  наиболее ответственные тяжело нагруженные детали, работающие при температурах до 400 °С.

С содержанием:

Углерода  – 0,38%

Хрома –  до 1%

Никель – 3%

Молибден  – 1%

Ванадий – 1%

 

 

Вопрос №5.

Состав, основные свойства и применение штамповочных сталей

Штамповые стали  — стали, применяемые для изготовления инструментов, необходимых для обработки  металлов давлением, таких как штампы, ролики, валики, пуансоны и т. д. Своё название получили по виду самого используемого  инструмента.

Штамповые стали  делятся на две категории:

1. Деформирующие металл в холодном состоянии
2. Деформирующие металл в горячем состоянии

Сталь для  штамповки в холодном состоянии  обычно должна обладать высокой твёрдостью, обеспечивающей устойчивость стали  против истирания, хотя и вязкость, особенно для пуансонов, имеет первостепенное значение.

Сталь для  «горячих штампов» должна иметь низкую чувствительность к местным нагревам.

Кроме перечисленных  выше свойств, от стали, из которой изготавливаются  штампы больших размеров, требуется  повышенная прокаливаемость. Сталь, применяемая для штампов и пуансонов сложных конфигураций, должна мало деформироваться при закалке.

Из углеродистых стали марок У10,У11,У12 изготавливают  штампы для холодной штамповки небольших  размеров и несложной конфигурации. Их следует применять для относительно лёгких условий работы.

Для более  сложных конфигураций и более  тяжёлых условий работы применяют  легированные закаливаемые в масле  стали — чаще всего сталь Х (ШХ15).

Валки станов холодной прокатки изготавливают из хромистых сталей с 1 или 2 % хрома.

Металл, применяемый  для горячих штампов, должен обладать определёнными свойствами, такими как:

• жаропрочность
• красностойкость
• термостойкость
• вязкость
• прокаливаемость
• отпускная хрупкость
• слипаемость

Для штампов, работающих в лёгких условиях, применяют  углеродистые стали с содержанием  углерода от 0,6 до 1,0 %, то есть У7, У8, У9. Наибольшее применение для изготовления таких штампов имеет сталь У7.

Для более тяжёлых условий применяют легированные стали. Наиболее распространённой является сталь 5ХНМ и её заменители: 5ХГМ, 5ХНСВ, 5ХНТ.

 

 

Список  используемой литературы

1. А. П. Гуляев. Мeталловедение. — М.: «Металлургия», 1977. С. 432—444.
2. Материаловедение и конструкционные материаалы. \ Л.М. Пинчук и др. Минск: Высш. шк., 1989.
3. Технология металлов и материаловедение /Б.В. Кнорозов, Л.Ф. Усова, А.В. Третьяков и др. – М.:Металлургия, 1987
4. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986.